Фамилия Костьянцев образована от имени или прозвища Костьянец. В первом случае — это производная форма крестильного имени Константин (греч. «стойкий, постоянный»). Такие «усечённые» варианты (Костя, Костья) в народной речи давали начало фамилиям через суффикс -ец, указывающий на принадлежность: «Костьянец» — сын или человек Кости. Со временем отчество Костьянцев закрепилось как наследственная фамилия.

Вторая версия отталкивается от прозвища Костьянец, связанного с нарицательным «кость». Прозвище могли дать очень худому, костлявому человеку. В старину такие «говорящие» прозвища по внешности были обычным делом, и Костьянец — одно из них. Обе версии правдоподобны, но первая (от имени Константин) встречается чаще: фамилии на -янцев/-енцев (вроде Костьянцев, Костенцев) типичны для южнорусских и украинских говоров, где имя Константин сокращали до Кость. География фамилии тоже указывает на юг России и Украину.

Интересная деталь: у фамилии есть редкий суффикс -янцев (а не более привычный -ов/-ев). Эта модель образования (основа на -ец + суффикс -ев/-ов) характерна для отчеств от прозвищ и имён, заканчивающихся на -ец. В официальных документах XIX века форма могла колебаться: Костянцев, Костьянцев — в зависимости от местного произношения.